高含硫天然气脱硫操作条件对能耗影响的模拟研究.pdf

2 O 1 2年 1 2 月 石油学报 石油加工 A C T A P E T R O L E I S I N I C A P E T R O L E U M P R O C E S S I N G S E C T I O N 第 2 8卷第 6 期 文章编号 1 0 0 1 8 7 1 9 2 0 1 2 0 6 0 9 7 8 0 8 高含硫天然气脱硫操作条件对能耗影响的模拟研究 邱 奎 。 ，安鹏飞 ，杨馥宁 ，诸 林 ，KI M S u n g y o u n g 。 ， BAGAJ EW I CZ M i g u e l 。 1 ． 西南石油大学 化学化工学院 ，四川 成都 6 1 0 5 0 0 ；2 ．重庆科技学院 化学化工学 院，重庆 4 0 1 3 3 1 3 ．俄克拉何 马大学 化学 、生物和材料工程学 院，美国 诺曼 7 3 0 1 9 摘要 采用流程模拟技术分 析 了高含硫 天然 气脱硫 工艺操 作条件 ，如原料 气处理 量 、吸 收塔温 度 、吸 收塔压 力 、 吸收塔板数 、再生塔温度对脱硫能耗 的影 响 ，并通 过灵敏度 分析 比较 了各操 作条件对脱 硫能耗 的影 响力大小 。结 果表 明 ，高含硫天然气 中酸性组分浓 度高 ，为满 足净化要求 需增大 溶液循 环量 ，因此带 动公用 工程消耗 增加 ，脱 硫 能耗 比常规含硫 天然气脱硫情况显 著增加 。在操作 中，提 高吸收塔 温度 、再生 塔温度 和原料气 处理量均 会引起 脱硫 能耗 升高 ，而 降低 吸收塔压力 、减少 吸收塔板 数可降低 脱硫能 耗。 由于醇胺 溶液再 生耗能 占脱硫 总能耗绝大 部分 ，故制定节能措施应重点考虑再生塔温度控制 ，蒸汽 、凝结 水以及 净化系统余压 、余热 资源 的合理利用 。 关键词 天然气脱硫 ；流程模拟 ；能耗分析 ；操作条件 ；醇胺溶 液 中图分类 号 TE 6 4 6 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 8 7 1 9 ． 2 0 1 2 ． 0 6 ． 0 1 4 S i mu l a t i o n S t u d y o n t h e I m p a c t o f Op e r a t i n g Co n d i t i o n s o n Ene r g y Co n s u m p t i o n i n Hi g h S u l f u r Na t u r a l Ga s De s u l f u r i z a t i o n QI U Ku i ， AN Pe n g f e i ，YANG Fu n i n g ，Z HU Li n ， KI M S u n g y o u n g 。 。BAGAJ EW I C Z M i g u e l 。 1 ．S c h o o l o f C h e mi s t r y a n d C h e mi c a l E n g i n e e r i n g，S o u t h v e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y，C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 ，C h i n a ； 2 ．S c h o o l o f C h e mi s t r y a n d C h e mi c a l E n g i n e e r i n g，C h o n g q i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y， C h o n g q i n g 4 0 1 3 3 1 ，C h i n 。 ； 3 ．S c h o o l o f C h e mi c a l ，B i o l o g i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g，T h e U n i v e r s i t y o f O k l a h o ma，No r ma n 7 3 0 1 9 ，US A Abs t r a c t The o pe r a t i ng c o nd i t i on i mp a c t o n e n e r g y c o ns umpt i on i n M DEA d e s ul f u r i z a t i o n pr o c e s s f o r h i gh s ul f u r na t u r a l ga s wa s a n a l y z e d b y u s i ng pr oc e s s s i m u l a t i o n ． Th e s e o pe r a t i ng c o nd i t i o ns d i s c u s s e d i n c l u d e d f e e d g a s p r o c e s s i n g c a p a c i t y ，a b s o r b e r t e mp e r a t u r e ，a b s o r b e r p r e s s u r e ，n u mb e r o f a b s or be r t r a y s，s t r i p pe r t e mpe r a t ur e，t he i m p a c t d e g r e e o f whi c h wa s i nv e s t i g a t e d b y m e a ns o f s e n s i t i v i t y a n a l y s i s me t h o d ．Th e r e s u l t s s u g g e s t e d t h a t b e c a u s e o f t h e h i g h c o n c e n t r a t i o n o f a c i d i c c o mpo ne nt s i n hi g h s ul f ur g a s ，t he s o l ut i o n c i r c ul a t i o n r a t e mus t be i n c r e a s e d i n o r de r t o me e t t he pu r i t y s p e c i f i c a t i on s， wh i c h c a us e d t he i nc r e a s e o f ut i l i t y c o ns u mpt i o n． The r e by， t h e e n e r gy c o ns ump t i o n i n hi g h s u l f ur na t u r a l g a s d e s ul f u r i z a t i on i n c r e a s e d s i g ni f i c a nt l y t ha n t ha t i n r e gu l a r s o u r g a s de s u l f u r i z a t i o n． I nc r e a s i n g t he a bs o r be r t e m p e r a t u r e， s t r i p pe r t e m p e r a t u r e a nd f e e d ga s p r o c e s s i n g c a p a c i t y wi l l i n c r e a s e t h e e n e r g y c o n s u mp t i o n i n d e s u l f u r i z a t i o n p r o c e s s ． On t h e c on t r a r y，r e du c i ng t h e a bs o r b e r p r e s s u r e o r t he nu m b e r o f a b s o r b e r t r a y s wi 1 1 d e c r e a s e t h e e n e r gy c on s u m p t i o n．The e n e r g y c on s u mpt i o n i n t he r e ge ne r a t i o n of a l ka no l a m i ne s o l u t i o n a c c ou nt e d f o r t h e ma i o r i t y o f t h e t o t a l e n e r g y c o n s u mp t i o n i n d e s u l f u r i z a t i o n p r o c e s s ，t h e r e f o r e ，t h e{ o r mu l a t i o n o f e ne r g y s a v i n g me a s ur e s s ho ul d f o c us o n t he c o nt r o l o f s t r i pp e r t e mpe r a t ur e， r a t i on a l us e o f 收稿 E t 期 2 0 1 2 - 0 1 1 2 基金项 目重 庆市教委科学技术研究项 目KJ l O 1 4 0 7 资助 通讯联系人 邱奎 ，男 ，副教授 ，博士 ，从事石油天然气加工研究 ；Te l 0 2 3 6 5 0 2 3 7 6 2 ；E - ma i l q i u c q u s t 1 6 3 ． c o ln 第 6期 高含硫天然气脱硫操作条件对 能耗影响的模拟研究 9 7 9 s t e a m ，c o nd e n s e d wa t e r ，r e s i d ua l pr e s s ur e a nd wa s t e he a t r e s o ur c e s i n t h e p ur i f i c a t i o n s y s t e m． Ke y wo r ds na t u r a l g a s de s u l f ur i z a t i on； p r o c e s s s i mul a t i o n； e ne r g y a n a l ys i s； o pe r a t i n g c o nd i t i on； a l k a n o l a mi n e s o l u t i o n 进入 2 1 世纪 ，我国逐步开始大规模加工处理高 含硫天然气。由于这种天然气 的酸性组分 含量高 ， 使脱硫过程能耗显著增加【 1 ] 。高含硫天然气的脱硫 方法无疑会影响其脱硫 能耗 。法国拉克气 田L 2 的天 然气含 1 5 体积分数 ，下 同Hz S和 1 0 C Oz ， 1 9 5 7年开始使用二 乙醇胺 DE A 法脱硫 ，该法净化 度高 ，溶液酸气负荷大 ，但不具有脱硫选择性 ；为 节能降耗 ，1 9 8 0年更换为 甲基二 乙醇胺 MDE A 法 脱硫 。1 9 8 7年，俄 罗斯 阿斯特 拉 罕净化 厂_ 3 ] 对含 2 6 H S和 1 6 C 0 的天 然 气 采 用 S NP A D E A 法 脱硫 ，净化度高 ，但再生能耗大，1 9 9 0年 以后改用 MD E A D E A混合胺法 脱硫。加拿大 P i n e Ri v e r地 区的天然气 含 9 ． 3 9 ／ 6 H。 S和 7 ． 5 C O ，有机硫质 量浓度 大于 3 0 0 mg ／ m。 ，1 9 7 9年使用 S h e l l 公 司砜 胺法脱硫 ，实践证 明净化度高 ，对有机硫吸收效果 好 ，但 溶液 易 吸 收 重烃 ，循 环 量相 对 MDE A 法 大 ， 且溶液价格昂贵，能耗偏高。从上述高含硫 天然气 脱硫方法的实践来 看，要达到节能降耗 的目的 ，首 先要选用具有选择性脱硫 的 MDE A溶液 ，然后再考 虑操作层面的工艺优化与节能。操作条件是影响天 然气脱硫能耗的直接原 因，笔者针对 国内某高含硫 天然气净化厂脱硫操作条件 ，通过流程模拟技术结 合对 比工业脱硫数据 ，探索高含硫天然气脱硫操作 条件对能耗 的影响规律，为进一步工艺优化 、节能 降耗奠定基础。 1实验部分 1 ． 1 高含硫天然气 MD E A法脱硫工艺 1 _ 1 ． 1 天然气性质 原料天然气组成列于表 1 。商品天然气质量满 足 GB 1 7 8 2 0 1 9 9 9天然气 第 2 类气要求 。 1 ． 1 ． 2 脱硫操作条件 原料气处理量 3 0 0 1 0 m。 ／ d 标准状态 ，脱硫 吸收温度 4 0 ℃，吸收压力 8 ． 0 MP a ，脱硫溶液循环 量 2 1 9 9 8 ． 9 1 k mo l ／ h，MD E A 溶液质 量分数 5 O 9 ／ 6 ， 1 mo l MD E A 的酸气负荷 0 ． 5 5 mo l 。脱硫 吸收分两 级 ，均为板式浮阀塔 ，一级吸收塔 7块塔板 ，二级 吸收塔 1 1块塔板。再生塔 6块塔板 ，富液再生温度 1 2 8 ℃ ，蒸汽 0 ． 4 5 MP a 耗量 3 3 ． 5 2 t ／ h 。 表 1 原料天然气 的组成 Ta bl e 1 Co m po s i t i o n o f f e e d n a t ur a l g a s D ／ ％ 1 ． 1 ． 3 工艺描 述 MDE A法与传 统胺 法相 比不 同之处 是 ，因天 然气 中 C OS质量 浓度超 过 3 0 0 mg ／ m。 ，为保证 总 硫脱除达标 ，在两级 脱硫 吸收塔 之间设计 了有 机 硫催化加氢水解工艺 。模拟 的脱硫工艺流程如图 1 所示 。 1 ． 2高含硫天然气 MD E A法脱硫能耗的模拟 1 ． 2 ． 1 模拟条件设定 模型计算值与现场数据的吻合程度反映模型 的 准确度 。为此 ，首先将装置实际操作数据代入模型 软件包测试 ，考察模型计算 的准确度L 5 ] 。本模拟采 用 As p e n P l u s V7 ． 1 软件 ，其 MD E A脱硫数据包有 KMDE A、K E MD E A 和 P MD E A 3种 。KMD E A 和 KE MDE A包含动力学反应方程和速 率常数，它们 能准确 用 于 R AD F R AC和 R ATE F R AC模块 下 的 MDE A模型模拟 ；二者的主要区别在于前者用的选 项 集 是S Y S OP 1 5 M， 后 者 用 的 选 项 集 是 E L E C NRTL 。P MDE A 则 以 P o s e y和 R o c h e l l e的研 究成果为基础 。以一级吸收塔模拟来考察各数据包 的准确性，结果列于表 2 。 由表 2可知 ，KMD E A模拟结果 最接 近生产数 据 ，故 选 定 KMDE A 为 本 脱 硫 模 拟 数 据 包。 KMDE A物 性 方 程 中非 理 想 性 溶 液 的计 算 采 用 E L E C NRTL方 程 ，气 相 计 算 模 型 采 用 R e d l i c h - Kwo n g方程 。脱硫 反应选用 以吸 收硫 化氢 为主 的 MDE A ～ AC I 方程 ，具体反应式列 于表 3 ，其他设备 选择和参数设定均依据企业设计说明书为准。 9 8 O 石油学报 石油加工 第 2 8 卷 1 4 图 1 高硫天然气 MD E A法脱硫 工艺模 拟流 程 Fi g ．1 M DEA d e s ul f ur i z at i o n p r o c e s s s i mul a t i on di a g r a m f o r hi g h- s ul f ur na t u r a l g a s 1 一F i r s t ma i n a b s o r b e r ；2 -- S e c o n d ma i n a b s o r b e r ；3 --S t r i p p e r ；4 一Ami n e f l a s h d r u m；5 --L e a n ／ r i c h e x c h a n g e r 6 一 Le a n a mi n e b o o s t e r p ump； 7 Le a n a mi ne c o o l e r ； 8 一 Ami ne t r i m c o o l e r ； 9 一 I e a n a m i n e p u mp； 1 0 -- I n t e r s t a g e p u m p I ] -- I n t e r s t a g e c o o l e r ； 1 2 -- Hy d r o l y s i s f e e d ／ e f f l u e n t e x c h a n g e r ； 1 3 -- Hy d r o l y s i s r e a c t o r i n l e t s e p a r a t o r ；1 4 一 Hy d r o l y s i s r e a c t o r p r e h e a t e r ； 1 5 -- Hy d r o l y s i s r e a c t o r ； I 6 -- H y d r o l y s i s r e a c t o r a f t e r c o o l e r ； 1 7 S t r i p p e r c o n d e ns e r ； 1 8 -- S t r i p p e r r e f l u x d r u m ； 1 9 -- St r i p p e r r e f l ux pu m p； S 1 -- Fe e d g a s ； S 2 -- Tr e a t e d g a s； S 3 一 Ac i d g a s 表 2 3种 MD E A脱硫数据包的模拟结果 Ta b l e 2 S i mu l at i o n r e s u l t s o f t hr e e M DEA d e s u i f u r i z a t i on pr oc e s s da t a p a c ke t s f o r hi g h‘ s u l f u r na t u r a l g a s N-- Ab s o r b e r t r a y n u mbe r 表 3脱硫化学反应式 Ta b l e 3 De s ul f u r i z a t i 0 n c h e m i c a l r e ac t i on s Eq u i l i b r i u m Eq u i l i b r i u m Eq u i l i b r i u m Ki ne t i c Kine t i c Eq u i l i b r i u m Eq u i l i b r i u m M DEAH H 2 0 M DEA H 3 O 2 H 2 O ； H3 O 0H HC O - H2 0 兰H3 0 C OI COz 0H一 HCO{ - H COa CO2 0H H 2 0 H 2 S HS 一 H 3 0 H 2 0 H S 手 S 一 H3 O 1 ． 2 ． 2 操作条件对脱硫能耗影响的模拟分析 在满足净化度前提下 ，变化操作参数 ，考 察其 对高硫天然气 MDE A法脱硫能耗的影响 。能耗计算 涉及 的设备主要包括换热设备 、流体输送设备等 见 图 1 。具体讨论了原料气处理量、吸收塔温度、吸 收塔压力、吸收塔板数和再生塔温度等操作条件对 脱硫能耗的影响。 在分析了各种操作条件对脱硫能耗影响后 ，再 运用灵敏度分析工具对 比各操作条件变化对脱硫能 耗影响的敏感性 ，从宏观上分清影响脱硫能耗的主、 次因素 ，有选择性地进行操作控制，达到总体脱硫 能耗的优化。 2结果和讨论 2 ． 1 操作条件对高硫天然气 MD E A法脱硫 能耗 的 影响 2 ． 1 ． 1 原料气处理量的影响 原料气处理量通常受上游情况影响而发生波动 。 当处理量变化时，胺液循环量也应随之变化 ，以在 满足净化要求 的同时降低能耗_ 5 ] 。本净化厂脱硫设 第 6期 高含硫天然气脱硫操作条件 对能耗影响的模拟研究 9 8 1 计操作弹性为 5 O ～1 1 0 。为使净化气达 标，利 用 AS P E N软件“ 设计规定” 工具 ，规定湿净化气 流 股 S 2 中硫 化氢 质量 浓 度 为 6 mg ／ m。 ，考 察 在 不 同 原料气处 理量下 ，溶液 循环量及脱硫 能耗 的变化 ， 结果示于图 2 。为强调原料气处理量 的变化 幅度对 溶液循环量和脱硫能耗的影 响，设定原料气满负荷 处理量为 1 0 0 ，则图 2横坐标表示 的是 实际原料 气处理量 占满负荷处理量 的百分数 ，即原料气处理 负荷 。 ● 星 詈 图 2高硫 天然气 MD E A脱硫工艺 中溶液循环量 L J 及 脱硫能耗 Q 与原料气处理负荷 F 的关 系 F i g ． 2 S o l u t i o n c i r c u l a t i o n r a t e La n d d e s u l f u r i z a t i o n e n e r g y c o n s u mp t i o n QV S f e e d g a s l o a d Fi n MD E A de s u l f u r i z a t i o n pr o c e s s f o r h i g h - s u l f u r n at u r al g a s 从图 2可知 ，原料气处理负荷 在 5 O ～l 1 0 变化时 ，胺液循环量 的变化与其呈线性关系 ，经数 据拟合得到式 1 。 L 1 43 0 8 F一 4 0 5 0 ．2 1 式 1 中 ，L 为 溶 液 循 环 量 ，k mo l ／ h ；F 为 原 料气处理负荷， 。 由式 1 可知 ，原 料 气处 理负荷 每增 加 1 O ， 胺液循环量需增加 1 4 3 0 ． 8 k mo l ／ h 。由于胺液 的酸 气负荷在给定温度和压力下是一定 的，溶 液循环量 主要 由原料气处理量和酸性组 分浓度决定。处理量 增加将导致溶液循环量增 大，而且 由于高含硫天然 气中酸性组分浓度高 ，需要更大溶液循环量 以保证 足够净化度 ，这是高含硫天然气脱硫 能耗 高的主要 原因。通过数据对 比，高含硫天然气脱硫 的胺液循 环量 是 常 规含 硫 天 然 气 情 况 的 5 ～ l O倍 甚 至 更 高L 6 ] 。从图 2亦可知，原料气处理量增加导致溶液 循环量增大 ，进而引起脱硫能耗成正 比增加。原料 气处理负荷每提高 1 0 ，能耗增加约 7 6 1 7 ． 9 MJ ／ h 。 数据关系拟合如式 2 所示 。 Q 一 7 6 1 7 9 、 1 0 3 4 2 2 式 2 中，Q为天然气脱硫能耗 ，MJ ／ h 。 胺液循环量增 加会使重沸器蒸汽耗量增加 ，同 时溶液循环泵负荷增加，公用工程 的循环水、电力 等工质消耗量 也会增大 ，最终带来脱硫 能耗 增加。 胺系统操作经验表 明，溶液循环量变化带 动公用工 程 消耗 量 变 化，是 影 响 脱 硫 装 置 能 耗 的 最 主 要 因素 _ 8 J 。 2 ． 1 ． 2吸收塔温度 的影响 吸收塔温度主要受原料气温度和贫液 温度的影 响。影响原料气温度的因素包括气候 、气井温度等。 贫液入吸收塔温度 可由贫液冷却器调控。以吸收塔 温度为变量，考察 2 o 4 5 C范 围内相应贫液循环量 和脱硫能耗变化趋势，结果示于图 3 。 量 Q Ab s o r b e r t e mp e r a t u r e／℃ 图 3 高硫天然气 MD E A脱硫工 艺中溶液循环量 L 及 脱硫能耗 Q 与吸收塔温度 的关 系 F i g ． 3 S o l u t i o n c i r c u l a t i o n r a t e L a n d d e s n l f u r i z a t i o n e n e r g y c o n s u mp t i o n Q V S a b s o r b e r t e m p e r a t u r e i n MD E A de s ul f u r i z a t i o n pr o c e s s f o r hi g h - s u l f u r na t u r al g a s H S与 MDE A反 应属瞬 间质子传递 反应，受 化学平衡控 制，如式 3 所示。C O 与醇胺反应较 复杂 ，必须有 H。 O参与，属假一级反应 ，受动力学 控制 ，反应速率比反应式 3 慢许多 ，其总反应式如 式 4 所示 l g ] 。 H2 S M DEA HS 一 MDEAH 3 CO2 H2 O M DEA HCO MDE AH 4 一 般工业吸收塔条件下 ，在醇胺溶液中反应时， H。 s的传质速率为 1 0 k mo l ／ m ． s 数量级 ，C O。 的传质速率为 1 0 ～1 0 k mo l ／ m ． s 数量级， 比前者小许多 ，这是选择性脱硫的基础_ 】 。从热力 学分析 ，醇胺与 H S 、C O 。反应属放热反应 ，反应 温度升高 ，化学平衡常数减小 ，故希望在较低 的温 9 8 2 石油学报 石油加工 第 2 8 卷 度下反应 ；但反应温度升高却有利 于反应速率 常数 提高 ，故升温有利于加快反应速率。在实际操作 中， 由于醇胺溶液 吸收 H s速率极快 ，故温度 对 H s 脱除率影响很小；醇胺 与 C O。 反应受动力学控制 ， 随着反应温度升高 ，溶液黏度减小 ，扩散系数增大 ， 吸收速率常数也成正 比增长 。高硫天然气 MD E A 法脱硫工艺中酸气脱除率和脱硫选择性 随吸收塔温 度 的变化 示于 图 4 。从 图 4可知 ，在 2 0 3 5 ℃之 间 ， 随吸收塔温度升高 ，H S脱除率基 本不变 ，而 C O。 脱除率明显增大 ，脱硫选择性下降 ，因而溶液循环 量增大口 。超过 3 5 ℃，C O 脱除率略有下降，这是 因为温度升高 ，酸气平衡溶解度 降低 ，抵消 了因吸 收速率升高而带来的结果_ 】 。吸收塔温度升高能耗 增大 见图 3 ，因此吸 收塔温 度不宜 过高。相 反， 吸收塔温度过低也可能带来 C O 。 吸收速率减慢 、烃 冷凝 引起溶液发泡等问题 。本高含硫天然气净化厂 选 择在 4 O ℃ 的较高 温度下 脱 硫 ，主要 是 为 了满 足 快 速而大量地脱除 C 0 的要求 ，故增加了能耗 。 2 ． 1 ． 3 吸 收塔压 力 的影响 吸收塔压力 由上游原料气压力决定 。总压升高 ， 酸气分压亦升高 ；总压不变，当酸性组分浓度增加 ， ＼ 等 言 昌 2 跨 竺 暑 ∽ Ab s o r b e r t e mp e r t u r e| ℃ 图 4 高硫天然气 MD E A脱硫 工艺 中酸 气脱 除率及 脱硫选择性 与吸收塔温度 的关 系 Fi g ． 4 S o u r g a s r e mo v a l r at e a nd d e s ui f ur i z at i o n s e l e c t i v i t y v s a b s o r be r t e mpe r a t u r e i n M DEA de s ul f ur i z a t i o n pr o c e s s f o r hi【g h s u l f u r n at ur a l g a s 则酸气分压也会升高 。酸气分压升高有利于提高反 应传 质速 率，增 大溶 液酸气 负荷 ，降低溶 液循 环 量 。在 满足 净化度 前 提下 ，令 吸收塔 压力 在 6 ～9 MP a内变化 ，考察 吸收塔压力对溶液循环量、 脱硫能耗和酸气脱除率的影响，结果见图 5 。 警 ＼ 矗 暨 0 ∽ b 一 ／ 一 Ab s o r b e r p r e s s u r e／ M P a Ab s o r b e r p r e s s u r e|MPa 图 5 高硫天然气 MD E A脱硫工艺中溶液循 环量 L 、脱硫能耗 Q 及 酸气脱 除率与 吸收塔压 力的关 系 F i g ． 5 S o l u t i o n c i r c u l a t i o n r a t e { L ， d e s u l f u r i z a t i o n e n e r g y c o n s u mp t i o n Qa n d s o u r g a s r e mo v a l e f f i c i e n c y V S a bs o r b e r pr e s s ur e i n M DEA de s u l f u r i z a t i o n p r o c e s s f o r h i g h - s ul f u r n a t u r a l g a s a S o l ut i o n c i r c u l a t i o n r a t b a n d d e s u l f u r i z a t i 。 n e n e r g y c o n s u mp t i o n V S a b s o r be r p r e s s u r e ； bS o u r g a s r e mo v a l e f f i c i e n c y V S a b s o r b e r p r e s s u r e 从图 5 a 可知 ，吸收塔压力升高，溶液循环量 及脱硫能耗同时降低 ，说 明溶液酸气负荷 随吸收塔 压力增加基本成正比增长 。醇胺溶液吸收 H S属快 速化学反应，吸收塔压力对其 酸气负荷影 响不 大。 醇胺溶液吸收 C O 同时存在化学作用 和物理作用 ， 吸收塔压力升高 ，首先加速了 C O 物理溶解作用 ， 提高 了 C O 溶解 度 ，故脱 除率上 升 ；其 次溶解 扩 散速率是 C O 与醇胺化 学反应 的控制 步骤 ，高压 促进气体 溶解 ，增 大 了醇胺 溶 液 中 C O 。的浓 度 ， 也就加快 了化学反应速率口 。从 图 5 b 可 知 ，吸 收塔压力升高尽 管使溶 液酸气 负荷增 大、循 环量 降低 ，公用工程 消 耗减 少 ，能耗 降低 ，但脱 硫选 择性下 降 ，有 可能导 致溶 液过度 吸 收 C O ，减少 产品气数量 。 第 6 期 高含硫 天然 气脱硫操作条件对能耗影 响的模拟研究 9 8 3 2 ． 1 ． 4 吸 收塔 板数 的影 响 吸收塔板数 由原料气 酸气浓度和产品气质量等 条件决定 。随着塔板数增加 ，气 、液接触机会增多 ， 酸性组分脱除越彻底 。但是利用 MDE A进行选择性 脱硫时 ，塔板数的选择要综合考虑产品气净化度 和 Ⅳ 妻 脱硫选择性 ，这对脱硫能耗将构成一定影响。 在保证净化气达标条件下 ，将吸收塔板数在5 ～ 1 2块之间变化 ，模拟考察溶液循环量 、脱硫能耗 和 酸气脱 除率 与吸 收塔板数 之 间的关 系，结果 示 于 图 6 。 董 言 宕 2 跨 ∞ 量 图 6 高硫天然气 MD E A脱硫 工艺 中溶液循 环量 L 、脱硫能耗 Q 及酸气脱除率与 吸收塔板数 N 的关 系 F i g ． 6 S o l u t i o n c i r c u l a t i o n r a t e L 。 d e s u l f u r i z a t i o n e n e r g y c o n s u mp t i o n Qa n d s o u r g a s r e m o v a l e f f i c i e n c y V S t h e n u mb e r o f a b s o r b e r t r a y s N i n MD E A d e s u l f u r i z a t i o n p r o c e s s f o r h i g h - s u l f u r n a t u r a l g a s a S o l u t i o n c i r c u l a t i o n r a t e a nd d e s u l f u r i z a t i o n e ne r g y c o n s u mp t i o n v s t he n u mbe r o f a bs o r b e r t r a y s ； bS o ur g a s r e mov a l e f f i c i e nc y V S t he n u mbe r o f a bs o r b e r t r a y s 从图 6 a 可知 ，吸收塔板数 在 5 ～ 1 2块 变化 时 ，溶液循 环量从 1 8 0 0 6 k mo l ／ h降至 9 6 5 7 k m o l ／ h ， 相应脱硫能耗从 9 3 7 3 0 MJ ／ h降至 8 5 6 6 1 MJ ／ h 。吸 收塔板数大于 7块 ，脱硫能耗与吸收塔板数基本呈 线性关系变化，如式 5 所示 。 Q 一 9 2 3 ． 7 9 N 9 6 7 1 1 5 式 5 中，N 表示 吸收塔板数 。吸收塔 板数每 增加 1 块 ，脱硫能耗减少约 9 2 4 MJ ／ h 。 由图 6 b 可知，随着吸收塔板数增加 ，气体 中 H S脱除率基本维持在 1 0 0 不变 ，而 C O 。脱除率 从 8 7 ． 9 5 ％上升至 9 3 ． 6 6 ，脱硫选择性下降，这意 味着吸收塔板数增加对 H。 S净化效果影 响较小 ，但 是却增大 了溶液对 C O z的吸收。本例 中，原料气含 1 6 ． 9 3 H S和 8 ． 2 6 9 ／ 6 C O ，虽然碳／ 硫 比不大 ，无 需过分强调脱硫选择性，但为满足产品气净化度要 求 ，需要